Zwarte gaten zijn niet wat ze eten. De algemene relativiteitstheorie van Einstein voorspelt dat wat een zwart gat ook verbruikt, zijn uiterlijke eigenschappen zijn alleen afhankelijk van zijn massa, rotatie en elektrische lading. Alle andere details over zijn dieet verdwijnen. Astrofysici noemen dit grillig het vermoeden van geen haar. (Zwarte gaten, ze zeggen, "heb geen haar.")

Er is een potentieel harige bedreiging voor het vermoeden, Hoewel. Zwarte gaten kunnen worden geboren met een sterk magnetisch veld of er een krijgen door op gemagnetiseerd materiaal te kauwen. Zo'n veld moet snel verdwijnen om het vermoeden van geen haar te laten gelden. Maar echte zwarte gaten bestaan ​​niet op zichzelf. Ze kunnen worden omringd door plasma - gas dat zo wordt geactiveerd dat elektronen zijn losgemaakt van hun atomen - dat het magnetische veld kan ondersteunen, mogelijk het vermoeden te weerleggen.

Met behulp van supercomputersimulaties van een door plasma opgeslokt zwart gat, onderzoekers van het Centre for Computational Astrophysics (CCA) van het Flatiron Institute in New York City, Columbia University en Princeton University ontdekten dat het vermoeden van geen haar opgaat. Het team rapporteert zijn bevindingen op 27 juli in Fysieke beoordelingsbrieven .

"Het vermoeden van geen haar is een hoeksteen van de algemene relativiteitstheorie, " zegt co-auteur Bart Ripperda, een research fellow bij de CCA en een postdoctoraal fellow bij Princeton. "Als een zwart gat een langlevend magnetisch veld heeft, dan wordt het vermoeden van geen haar geschonden. Gelukkig kwam er een oplossing uit de plasmafysica die ervoor zorgde dat het vermoeden van geen haar werd verbroken."

De simulaties van het team toonden aan dat de magnetische veldlijnen rond het zwarte gat snel breken en opnieuw verbinden, het creëren van met plasma gevulde holtes die de ruimte in schieten of in de muil van het zwarte gat vallen. Dit proces voert het magnetische veld snel af en zou de uitbarstingen die in de buurt van superzware zwarte gaten worden waargenomen, kunnen verklaren. melden de onderzoekers.

"Theoretici hebben hier niet aan gedacht omdat ze hun zwarte gaten meestal in een vacuüm plaatsen, " zegt Ripperda. "Maar in het echte leven, er is vaak plasma, en plasma kan magnetische velden in stand houden en binnenbrengen. En dat moet passen bij je vermoeden van geen haar."

Een onderzoek uit 2011 over het probleem suggereerde dat het vermoeden van geen haar in de problemen zat. Echter, die studie keek alleen naar deze systemen met een lage resolutie, en het behandelde plasma als een vloeistof. Echter, het plasma rond een zwart gat is zo verdund dat deeltjes zelden in elkaar overlopen, dus het behandelen als een vloeistof is een te grote vereenvoudiging.

In de nieuwe studie de onderzoekers voerden plasmafysica-simulaties met hoge resolutie uit met een algemeen-relativistisch model van het magnetische veld van een zwart gat. In totaal, het kostte 10 miljoen CPU-uren om alle berekeningen te doorlopen. "We hadden deze simulaties niet kunnen doen zonder de computerbronnen van het Flatiron Institute, ' zegt Ripperda.

De resulterende simulaties lieten zien hoe het magnetische veld rond een zwart gat evolueert. Aanvankelijk, het veld strekt zich in een boog uit van de noordpool van het zwarte gat naar de zuidpool. Vervolgens, interacties binnen het plasma zorgen ervoor dat het veld naar buiten ballon. Deze opening zorgt ervoor dat het veld zich splitst in afzonderlijke magnetische veldlijnen die vanuit het zwarte gat naar buiten stralen.

De veldlijnen wisselen van richting, ofwel in de richting van of weg van de waarnemingshorizon. Nabijgelegen magnetische veldlijnen verbinden, het creëren van een gevlochten patroon van veldlijnen die samenkomen en uit elkaar gaan. Tussen twee van dergelijke verbindingspunten, er is een opening die zich vult met plasma. Het plasma wordt geactiveerd door het magnetische veld, naar buiten de ruimte in of naar binnen in het zwarte gat. Naarmate het proces vordert, het magnetische veld verliest energie en verdort uiteindelijk.

Kritisch, het proces gaat snel. De onderzoekers ontdekten dat het zwarte gat zijn magnetische veld uitput met een snelheid van 10 procent van de lichtsnelheid. "De snelle herverbinding redde het vermoeden van geen haar, ' zegt Ripperda.

De onderzoekers stellen voor dat het mechanisme dat de waargenomen fakkels van het superzware zwarte gat in het centrum van het Messier 87-sterrenstelsel aandrijft, kan worden verklaard door het kalende proces dat in de simulaties wordt gezien. De eerste vergelijkingen tussen beide zien er veelbelovend uit, ze zeggen, hoewel een meer robuuste beoordeling nodig is. Als ze inderdaad in de rij staan, energetische uitbarstingen die worden aangedreven door magnetische herverbinding aan de waarnemingshorizon van zwarte gaten, kunnen een wijdverbreid fenomeen zijn.